จุดประสงค์ของตัวกรองฮาร์มอนิกคืออะไร?

การแนะนำ
ในระบบไฟฟ้าที่ทันสมัย, การใช้โหลดที่ไม่ใช่เชิงเส้นเพิ่มขึ้นเช่นไดรฟ์ความถี่ตัวแปร (VFDS), การสลับแหล่งจ่ายไฟ, และอินเวอร์เตอร์พลังงานหมุนเวียน - นำไปสู่การแพร่กระจายของการบิดเบือนฮาร์มอนิก. ฮาร์มอนิกเหล่านี้สามารถลดคุณภาพพลังงานได้, ทำให้อุปกรณ์ทำงานผิดปกติ, และเพิ่มการสูญเสียพลังงาน. ตัวกรองฮาร์มอนิกเป็นส่วนประกอบสำคัญที่ออกแบบมาเพื่อลดการบิดเบือนเหล่านี้, สร้างความมั่นใจในการทำงานของระบบพลังงานที่มีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้.

ทำความเข้าใจฮาร์โมนิกในระบบไฟฟ้า
1.1 คำจำกัดความของฮาร์มอนิก
ฮาร์มอนิกส์คือแรงดันไฟฟ้าหรือรูปคลื่นในปัจจุบันที่มีความถี่ที่เป็นทวีคูณจำนวนเต็มของความถี่ของระบบพลังงานพื้นฐาน (โดยทั่วไป 50 Hz หรือ 60 Hz). พวกมันถูกสร้างขึ้นโดยโหลดที่ไม่ใช่เชิงเส้นที่ดึงกระแสในพัลส์อย่างฉับพลันมากกว่าคลื่นไซนัสที่ราบรื่น.

1.2 แหล่งที่มาของฮาร์มอนิก

แหล่งที่มาทั่วไปของฮาร์มอนิกรวมถึง:

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พลังงาน (เช่น, เครื่องตัดกัน, อินเวอร์เตอร์, VFDS)

แหล่งจ่ายไฟที่ไม่หยุดยั้ง (อัพ)

ระบบไฟ LED และฟลูออเรสเซนต์

เตาและเครื่องเชื่อมอาร์ค

ระบบพลังงานทดแทน (อินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์/ลม)

คำสั่งการบิดเบือนฮาร์มอนิกหลักคือ 5/7 การบิดเบือนในกระแสฮาร์มอนิก, และรูปคลื่นปัจจุบันแสดงรูปคลื่นคลื่นสองหัวทั่วไปทั่วไป. ก่อนการรักษาอุปกรณ์, อัตราการบิดเบือนฮาร์มอนิกทั้งหมดมาถึง 35.8%. หลังการรักษาอุปกรณ์, อัตราการบิดเบือนฮาร์มอนิกทั้งหมดลดลง 5%, รูปคลื่นกลับสู่ปกติ, และในเวลาเดียวกัน, แต่ละฮาร์มอนิกลดลงอย่างมีนัยสำคัญ 1.3 ผลของฮาร์มอนิกส์

การบิดเบือนฮาร์มอนิกสามารถนำไปสู่:

ความร้อนสูงเกินไปของหม้อแปลงและมอเตอร์, ลดอายุขัยของพวกเขา

ความล้มเหลวของธนาคารตัวเก็บประจุเนื่องจากเงื่อนไขการกำทอน

เพิ่มการสูญเสียพลังงานในระบบการกระจาย

การรบกวนด้วยระบบการสื่อสาร

การทำงานผิดปกติของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ละเอียดอ่อน

เพื่อลดปัญหาเหล่านี้, มีการใช้ตัวกรองฮาร์มอนิก.

2. วัตถุประสงค์ของตัวกรองฮาร์มอนิก

วัตถุประสงค์หลักของตัวกรองฮาร์มอนิกคือการลดการบิดเบือนฮาร์มอนิกในเครือข่ายไฟฟ้าโดยการปิดกั้นหรือดูดซับกระแสฮาร์มอนิก. วัตถุประสงค์หลัก ได้แก่:

การปรับปรุงคุณภาพพลังงานโดยการรักษาแรงดันไฟฟ้าและรูปคลื่นในปัจจุบันใกล้กับไซนัส.

ป้องกันความเสียหายของอุปกรณ์ที่เกิดจากการให้ความร้อนฮาร์มอนิกมากเกินไป.

เพิ่มประสิทธิภาพของระบบโดยลดการสูญเสีย.

ปฏิบัติตามมาตรฐานคุณภาพพลังงาน (เช่น, IEEE 519, IEC 61000-3-6).

3.2 ตัวกรองฮาร์มอนิกที่ใช้งานอยู่ (อ่า)

ตัวกรองที่ใช้งานอยู่ใช้พลังงานอิเล็กทรอนิกส์ (IGBTS, ตัวควบคุม DSP) เพื่อฉีดกระแสเคาน์เตอร์ฮาร์โมนิกที่ยกเลิกการบิดเบือน. พวกเขาปรับตัวให้เข้ากับโหลดฮาร์มอนิกที่แตกต่างกันแบบไดนามิก.

ข้อดี:

มีประสิทธิภาพสูงสำหรับฮาร์มอนิกที่หลากหลาย.

ค่าตอบแทนแบบปรับตัวแบบเรียลไทม์.

ไม่มีปัญหาการสั่นพ้อง.

ข้อเสีย:

ต้นทุนเริ่มต้นที่สูงขึ้น.

ต้องใช้แหล่งจ่ายไฟและวงจรควบคุมที่ซับซ้อน.

4. หลักการทำงานของตัวกรองฮาร์มอนิก

4.1 การทำงานของตัวกรองแบบพาสซีฟ

ตัวกรองแบบพาสซีฟได้รับการออกแบบมาเพื่อให้เส้นทางที่มีความต้านทานต่ำสำหรับฮาร์มอนิกเฉพาะ. ตัวอย่างเช่น, ตัวกรองฮาร์มอนิกที่ 5 ใช้วงจร LC ที่ปรับไป 250 Hz (สำหรับ 50 ระบบ Hz). ฮาร์มอนิกส์ที่ความถี่นี้จะถูกแบ่งออก, ป้องกันไม่ให้พวกเขาเข้าสู่กริด.

4.2 การทำงานของตัวกรองที่ใช้งานอยู่

ตัวกรองฮาร์มอนิกที่ใช้งานอยู่ตรวจสอบกระแสโหลดอย่างต่อเนื่องโดยใช้เซ็นเซอร์. โปรเซสเซอร์สัญญาณดิจิตอล (DSP) วิเคราะห์ฮาร์มอนิกส์และสร้างกระแสผกผัน, ซึ่งถูกฉีดกลับเข้าไปในระบบเพื่อยกเลิกการบิดเบือน.

อุปกรณ์แหล่งฮาร์มอนิกสร้างกระแสฮาร์มอนิกของคำสั่งซื้อต่างๆ. หลังจาก APF วัดกระแสฮาร์มอนิก, มันควบคุมเอาต์พุตสวิตช์ IGBT ให้ตรงข้ามกับทิศทางของมัน, และกระแสฮาร์มอนิกที่มีขนาดเท่ากันจะถูกชดเชย. หลังจากปัจจุบันผ่านจุดเชื่อมต่อ APF, สามารถคืนค่าให้บริสุทธิ์ได้

5. แอปพลิเคชันของตัวกรองฮาร์มอนิก

ตัวกรองฮาร์มอนิกถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมที่มีมลพิษสูง, รวมทั้ง:

โรงงานอุตสาหกรรม (ด้วย VFD และไดรฟ์มอเตอร์ขนาดใหญ่)

ศูนย์ข้อมูล (อุปกรณ์ไอทีที่อ่อนไหว)

ระบบพลังงานทดแทน (ฟาร์มพลังงานแสงอาทิตย์/ลม)

โรงพยาบาลและห้องปฏิบัติการ (ข้อกำหนดด้านคุณภาพพลังงานที่สำคัญ)

อาคารพาณิชย์ (ไฟ LED และระบบ HVAC)